鋼鐵材料的加工過程(共6頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上鋼鐵材料的加工過程埃菲爾鐵塔的浪漫美、鳥巢的自然美無不顯示出鋼鐵材料在現(xiàn)實生活中的巨大作用。鋼鐵材料是人類經(jīng)濟建設(shè)和日常生活中所使用的罪重要的結(jié)構(gòu)材料和產(chǎn)量最大的材料，是人類社會進步所依賴的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。鋼鐵工業(yè)是為機械制造和金屬加工、顏料動力、化學(xué)工業(yè)、建筑業(yè)、宇航與軍工，以及交通運輸業(yè)、農(nóng)業(yè)等部門提供原材料和鋼鐵產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)工業(yè)。在世界上，不論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家，都非常重視發(fā)展鋼鐵工業(yè)，因為它是國家工業(yè)化的支柱。沒有強大的鋼鐵工業(yè)，要實現(xiàn)工業(yè)化的社會是困難的。因此在一個相當(dāng)長的歷史時期，鋼鐵工業(yè)發(fā)展程度如何，是衡量一個國家工業(yè)化水平高低的重要標(biāo)志之一?？傊?/p>

2、，鋼鐵材料是人類社會的基礎(chǔ)材料，是社會文明的標(biāo)志。那么，鋼鐵材料是如何從礦石加工成產(chǎn)品的呢？大多數(shù)鋼鐵材料的加工過程可分為五個步驟：礦石的冶金、熔煉、鑄造、鍛造或者軋制、熱處理。首先是礦石的冶金，選礦是冶煉前的準(zhǔn)備工作，從礦山開采下來礦石以后，首先需要將含鐵、銅、鋁、錳等金屬元素高的礦石甄選出來，為下一步的冶煉活動做準(zhǔn)備。選礦一般分為破碎、磨礦、選別三部分。為了保證供給高爐的鐵礦石中鐵含量均勻，并且保證高爐的透氣性，需要把選礦工藝產(chǎn)出的鐵精礦制成10-25mm的塊狀原料。鐵礦粉造塊目前主要有兩種方法：燒結(jié)法和球團法。兩種方法所獲得的塊礦分別為燒結(jié)礦和球團礦。高爐生產(chǎn)前的準(zhǔn)備除了準(zhǔn)備鐵礦石（燒結(jié)

3、礦和球團礦）外，還需要準(zhǔn)備好必需的燃料-焦炭。焦炭是高爐冶煉的主要燃料，焦炭在風(fēng)口前燃燒放出大量熱量并產(chǎn)生煤氣，煤氣在上升過程中將熱量傳給爐料，使高爐內(nèi)的各種物理化學(xué)反應(yīng)得以進行。高爐煉鐵生產(chǎn)是冶金(鋼鐵)工業(yè)最主要的環(huán)節(jié)。高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產(chǎn)過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使?fàn)t喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結(jié)構(gòu)。礦石料在下降過程中逐步被還原、熔化成鐵和渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出。高爐生產(chǎn)是連續(xù)進行的。轉(zhuǎn)爐煉鋼是把氧氣鼓入熔融的生鐵里，使雜質(zhì)硅、錳等氧化。在氧化的過程中放出大量的熱量（含1%的硅可使生

4、鐵的溫度升高200攝氏度），可使?fàn)t內(nèi)達(dá)到足夠高的溫度。因此轉(zhuǎn)爐煉鋼不需要另外使用燃料。煉鋼的基本任務(wù)是脫碳、脫磷、脫硫、脫氧，去除有害氣體和非金屬夾雜物，提高溫度和調(diào)整成分。熔煉的工藝在鐵礦石的冶煉過程中也非常重要，其主要采取液化提純法。鐵礦石的加工一直圍繞提純進行，經(jīng)過第一步的冶煉過后，主要除去了礦石中的碳酸鈣雜質(zhì)，而熔煉的步驟主要作用是除去礦石中的硫元素和其他金屬元素。熔煉的方法是將礦石升溫根據(jù)熔點的不同將起中的雜質(zhì)分離。加熱至鐵的熔點之后，礦石中的鐵元素就會熔化成液態(tài)，在用物理的方法分離，當(dāng)然其中有還原反應(yīng)，因為礦石中的鐵為+2價和+3價，最后變成金屬鐵是0價，鐵發(fā)生還原反應(yīng)，這個反應(yīng)也

5、貫穿在整個工序之中。熔煉是鑄造生產(chǎn)工藝之一。將金屬材料及其它輔助材料投入加熱爐溶化并調(diào)質(zhì)，爐料在高溫(13001600K)爐內(nèi)物料發(fā)生一定的物理、化學(xué)變化，產(chǎn)出粗金屬或金屬富集物和爐渣的火法冶金過程。爐料除精礦、焙砂、燒結(jié)礦等外，有時還需添加為使?fàn)t料易于熔融的熔劑，以及為進行某種反應(yīng)而加入還原劑。此外，為提供必須的溫度，往往需加入燃料燃燒，并送入空氣或富氧空氣。粗金屬或金屬富集物由于與熔融爐渣互溶度很小和密度差分為兩層而得以分離。富集物有锍、黃渣等，它們尚須經(jīng)過吹煉或其他方法處理才能得到金屬。熔煉過程進行的反應(yīng)是很迅速的，故熔煉設(shè)備生產(chǎn)率高，每平方米熔池面積的晝夜生產(chǎn)能力達(dá)幾噸乃至幾十噸。這是

6、濕法冶金或電化冶金設(shè)備無法與之比擬的。除此，單臺設(shè)備的生產(chǎn)能力也很大。其次就是鐵礦石的鑄造。鐵礦石的鑄造就是將鐵礦石經(jīng)過熔煉后得到的粗金屬精加工之后，將純度較高的鐵熔煉成符合一定要求的液體并澆進鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的過程。鑄造是現(xiàn)代機械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一。金屬鑄造在造型方法上可以分為砂型鑄造和特種鑄造。而砂型鑄造又可以分為濕砂型鑄造、干砂型鑄造和化學(xué)硬化砂型鑄造三類；特種鑄造可分為以天然礦產(chǎn)砂石為主要造型材料的特種鑄造如（熔模鑄造）和以金屬為主要鑄型材料的特種鑄造（金屬型鑄造）兩類。對于砂型鑄造來說，首先需要鑄造圖紙進而來設(shè)計模具，模具一般由木材或

7、者其他金屬材料制成的，然后是制造砂型。制造砂型的基本原材料是鑄造砂和型砂粘結(jié)劑。最常用的鑄造砂是硅質(zhì)砂，應(yīng)用最廣的型砂粘結(jié)劑是粘土，也可采用各種干性油或半干性油、水溶性硅酸鹽或磷酸鹽和各種合成樹脂作型砂粘結(jié)劑。接下來是制芯，只要通過把樹脂砂粒置于模具中，以形成內(nèi)部表面的鑄件，因此芯與模具之間的空隙即為鑄造的零件。最后一步是清潔，目的是除去砂礫以及打磨鑄件外的多余金屬。對于特種鑄造中的熔模鑄造它的制殼過程為首先是模組的除油和脫脂，將表面的油污除去，接下來是在模組上涂掛涂料和撒砂掛，涂料時,把模組浸泡在涂料中,左右上下晃動,使涂料能很好潤濕熔模，均勻覆蓋模組表面。涂料涂好后，即可進行撒砂。然后是型

8、殼干燥和硬化。接下來是在型模中熔去蠟?zāi)?，脫蠟方法用得較多的是熱水法和同壓蒸汽法。最后一步是焙燒型殼，焙燒時逐步增加爐溫，將型殼加熱至800-1000，保溫一段時間，即可進行澆注。金屬型鑄造又稱硬模鑄造，它是將液體金屬澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的一種鑄造方法。鑄型是用金屬制成，可以反復(fù)使用多次（幾百次到幾千次）。金屬型鑄造目前所能生產(chǎn)的鑄件，在重量和形狀方面還有一定的限制，如對黑色金屬只能是形狀簡單的鑄件；鑄件的重量不可太大；壁厚也有限制，較小的鑄件壁厚無法鑄出。但是金屬型鑄造也是有很多優(yōu)點的：生產(chǎn)效率高；使鑄件產(chǎn)生缺陷的原因減少。然后是鍛造，鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性

9、變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法，鍛壓（鍛造與沖壓）的兩大組成部分之一。通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產(chǎn)生的鑄態(tài)疏松等缺陷，優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)，同時由于保存了完整的金屬流線，鍛件的機械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。相關(guān)機械中負(fù)載高、工作條件嚴(yán)峻的重要零件，除形狀較簡單的可用軋制的板材、型材或焊接件外，多采用鍛件。根據(jù)成形機理，鍛造可分為、碾環(huán)、特殊鍛造。不同的鍛造方法有不同的流程，其中以熱模鍛的工藝流程最長，一般順序為：鍛坯下料；輥鍛備坯；模鍛成形；切邊；沖孔；矯正；中間檢驗，檢驗鍛件的尺寸和表面缺陷；鍛件熱處理，用以消除鍛造應(yīng)力，改善性能；清理，主要是去除表面氧化皮；矯正

10、；，一般鍛件要經(jīng)過外觀和硬度檢查，重要鍛件還要經(jīng)過化學(xué)成分分析、機械性能、殘余應(yīng)力等檢驗和無損探傷。與相比，金屬經(jīng)過鍛造加工后能改善其組織結(jié)構(gòu)和。鑄造組織經(jīng)過鍛造方法變形后由于金屬的變形和再結(jié)晶，使原來的粗大枝晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я］^細(xì)、大小均勻的等軸再結(jié)晶組織，使鋼錠內(nèi)原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實和焊合，其組織變得更加緊密，提高了金屬的塑性和力學(xué)性能。鑄件的力學(xué)性能低于同材質(zhì)的鍛件力學(xué)性能。鍛件是金屬被施加壓力，通過塑性變形塑造要求的形狀或合適的壓縮力的物件。這種力量典型的通過使用鐵錘或壓力來實現(xiàn)。鍛件過程建造了精致的顆粒結(jié)構(gòu)，并改進了金屬的物理屬性。此外，鍛造加工能保證金屬纖維組織的連

11、續(xù)性，使鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一致，金屬流線完整，可保證零件具有良好的力學(xué)性能與長的使用壽命。采用精密模鍛、溫擠壓等工藝生產(chǎn)的鍛件，都是鑄件所無法比擬的。最后就是鋼鐵材料加工中的熱處理。金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理、局部熱處理和化學(xué)熱處理等。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同,每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝,可獲得不同的組織,從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬,而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)雜,因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。整體熱處理是對工件整體加熱,然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s,以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處

12、理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。其中的淬火與回火關(guān)系密切,常常配合使用,缺一不可。隨著加熱溫度和冷卻方式的不同,又演變出不同的熱處理工藝 。為了獲得一定的強度和韌性,把淬火和高溫回火結(jié)合起來的工藝,稱為調(diào)質(zhì)。 某些合金淬火形成過飽和固溶體后,將其置于室溫或稍高的適當(dāng)溫度下保持較長時間,以提高合金的硬度、強度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時效處理。把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結(jié)合起來進行,使工件獲得很好的強度、韌性配合的方法稱為形變熱處理;在負(fù)壓氣氛或真空中進行的熱處理稱為真空熱處理,它不僅能使工件不氧化,不脫碳,保持處理后工件表面光潔,提高工件的性能,還可以通入滲劑進行化

13、學(xué)熱處理。 表面熱處理是只加熱工件表層,以改變其表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內(nèi)部,使用的熱源須具有高的能量密度,即在單位面積的工件上給予較大的熱能,使工件表層或局部能短時或瞬時達(dá)到高溫。表面熱處理的主要方法,有激光熱處理、火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理,常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應(yīng)電流、激光和電子束等。 化學(xué)熱處理是通過改變工件表層化學(xué)成分、組織和性能的金屬熱處理工藝?；瘜W(xué)熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學(xué)成分?；瘜W(xué)熱處理是將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質(zhì)(氣體、液體、固體)中加熱,保溫較長時間,從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。滲入元素后,有時還要進行其它熱處理工藝如淬火及回火?；瘜W(xué)熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬、復(fù)合滲等。 熱處理是機械零件和工模具制造過程中的重要工序之一。大體來說,它可以保證和提高工件的各種性能 ,如耐磨、